CN115098942A - 一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，包括壳体、润滑脂贮存盘和滚珠；所述壳体内部具有适于容置所述润滑脂贮存盘的封闭腔体，所述润滑脂贮存盘设置在所述壳体的封闭腔体内，且所述润滑脂贮存盘与所述壳体之间形成有至少一条环形滚道和至少一条环槽，所述环形滚道内涂有润滑脂并放置若干所述滚珠，所述环槽内仅涂有润滑脂。本发明提供的试验装置能够还原滚动球接触副中润滑脂真实的贮存环境，包括与脂接触的滚珠的受力方式及大小、滚道结构、密封条件等，并且具有成本低，易拆卸等特点，从而对非工作条件下滚动球接触副中润滑脂贮存退化特性的研究提供便利。

Description

一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置及方法，属于润滑脂退化研究领域。

背景技术

航天器的机电伺服系统在服役过程中，有时会长时间处于地面待机状态，这对机电伺服系统的润滑脂贮存性能提出了更为严格的要求。机电伺服系统内的传动机构包含滚珠丝杠、行星减速器、角接触轴承等诸多滚动球接触副，而这些传动机构中润滑脂的贮存退化性质是影响机电伺服系统传动效率和可靠性的关键因素。针对航天应用润滑脂贮存时间长，服役期间不便进行润滑脂更换等现状，为保证机电伺服系统在长时间地面待机后仍可正常工作，对滚动球接触副中润滑脂贮存退化特性进行研究十分重要。

考虑到轴承、滚珠丝杠等构件安装操作复杂，润滑脂涂抹量不易控制等研究难点，有必要设计一种润滑脂贮存退化模拟试验装置来简化和模拟贮存过程，为传动机构中润滑脂贮存退化特性的研究提供便利。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，主要用于还原模拟滚动球接触副中润滑脂的贮存，为润滑脂贮存退化特性的研究提供便利；本发明的另一个目的是提供一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供的一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，包括壳体、润滑脂贮存盘和滚珠；所述壳体内部具有适于容置所述润滑脂贮存盘的封闭腔体，所述润滑脂贮存盘设置在所述壳体的封闭腔体内，且所述润滑脂贮存盘与所述壳体之间形成有至少一条环形滚道和至少一条环槽，所述环形滚道内涂有润滑脂并放置若干所述滚珠，所述环槽内仅涂有润滑脂。

所述的试验装置，优选地，所述壳体包括呈镜像布置的上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖均包括盖体和盖檐，所述盖体内部沿周向加工有半圆弧状的第一沟槽；所述上端盖和下端盖通过固定件密封连接以将所述润滑脂贮存盘和滚珠封闭在内。

所述的试验装置，优选地，所述润滑脂贮存盘包括盘体和盘檐，所述盘檐沿周向突出于所述盘体的轴向中部，所述盘体的轴向两端面均沿周向加工有两圈同心布置的半圆弧状第二沟槽和第三沟槽；

所述盘体上的第二沟槽与所述上端盖和下端盖内部的第一沟槽相配合，构成单圆弧状的所述环形滚道，所述环形滚道的法向截面为两段错位分布圆弧；若干所述滚珠放置于所述环形滚道内且与所述环形滚道相切，用于模拟滚动球接触副中的滚珠零件；

所述盘体上的第三沟槽与所述上端盖和下端盖之间形成所述环槽，所述环槽内仅涂抹润滑脂，用于模拟滚动球接触副中没有与滚珠接触的润滑脂贮存情形。

所述的试验装置，优选地，所述上端盖和下端盖内部的第一沟槽及所述润滑脂贮存盘上的第二沟槽的法向截面直径取决于所述滚珠的直径大小，切向截面中心圆直径取决于所述滚珠的数量。

所述的试验装置，优选地，在位于所述第二沟槽处的所述盘体上加工有若干个通孔，所述通孔内涂抹润滑脂并放置有所述滚珠，用于模拟滚动球接触副中可能不受载荷的滚珠环境。

所述的试验装置，优选地，在所述上端盖和下端盖的盖檐分别与所述润滑脂贮存盘的盘檐之间均设置有密封圈。

所述的试验装置，优选地，所述紧固件包括螺栓和螺母，所述上端盖和下端盖的盖檐、润滑脂贮存盘的盘檐和密封圈上均沿周向均匀分布若干同轴的固定通孔，所述螺栓穿过各所述固定通孔后与所述螺母配合实现各构件连接和紧固，并通过对所述螺栓施加预紧扭矩来对内部所述滚珠施加预紧载荷。

所述的试验装置，优选地，对所述螺栓所施加的预紧扭矩大小取决于实际滚动球接触副预紧扭矩的大小，施加方式采用数显扭矩扳手拧紧所述螺母，具体为：

当用此试验模拟滚珠丝杠副中滚珠受到预紧载荷时，所述螺栓提供的预紧载荷F根据下式(1)计算：

其中，F_P是实际滚珠丝杠副施加的预紧力；α是滚珠丝杠副接触角；λ是螺旋升角。

根据所述螺栓的预紧扭矩与预紧载荷的关系，对所述螺栓施加的预紧扭矩T根据下式(2)计算：

T＝KFd (2)

其中，K是扭矩系数；d是螺纹公称直径。

所述的试验装置，优选地，所述壳体和润滑脂贮存盘均采用9Cr18不锈钢制作而成，所述滚珠采用高碳铬轴承钢制作而成。

第二方面，本发明提供的一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验方法，基于上述的试验装置，该试验方法包括如下步骤：

步骤1：将润滑脂贮存盘水平放置，在其上侧盘体的第二沟槽和第三沟槽内侧及通孔内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂；

步骤2：放置上侧滚珠于第二沟槽上，并按照第二沟槽轨迹填满上侧滚珠；

步骤3：将上侧密封圈套置于润滑脂贮存盘的盘檐上檐；

步骤4：将上端盖安装在润滑脂贮存盘的上侧盘体处，在上端盖的第一沟槽内侧涂抹润滑脂，并与上侧盘体的第二沟槽配合构成单圆弧状的环形滚道；

步骤5：将上述结构倒置，使润滑脂贮存盘的下侧盘体朝上，在下侧盘体的第二沟槽和第三沟槽内侧及通孔内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂，并放置下侧滚珠，操作同步骤2；

步骤6：在润滑脂贮存盘的通孔内放入滚珠；

步骤7：在润滑脂贮存盘的盘檐下檐套置下侧密封圈，并安装下端盖于下侧盘体，操作同步骤3和步骤4；

步骤8：利用紧固件实现上述各构件的连接和紧固；

步骤9：通过数显扭矩扳手对紧固件施加预紧扭矩T，预紧扭矩T的大小由上述式(2)计算所得；

步骤10：控制润滑脂贮存条件变量，进行润滑脂贮存退化试验。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明提供的试验装置结构简单，加工方便，能够真实还原滚动球接触副中润滑脂真实的贮存环境，包括与脂接触的滚珠的受力方式及大小、滚道结构、密封条件等，为润滑脂贮存退化特性的研究提供便利。

2、本发明提供的试验装置可以根据滚珠尺寸设计加工不同的单圆弧滚道，实现对不同规格的滚动球接触副中润滑脂贮存退化的研究，同时也可以通过设计采用不同尺寸的紧固件，来满足所需的预紧载荷范围。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的试验装置的整体外观图；

图2为本发明该实施例提供的试验装置的分解示意图；

图3为本发明该实施例提供的试验装置的剖面示意图；

图4为本发明该实施例提供的端盖的结构示意图；

图5(a)和图5(b)为本发明该实施例提供的润滑脂贮存盘的结构示意图；

图6为本发明环形滚道的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“装配”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供的传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，包括壳体、润滑脂贮存盘和滚珠；壳体内部具有适于容置润滑脂贮存盘的封闭腔体，润滑脂贮存盘设置在壳体的封闭腔体内，且润滑脂贮存盘与壳体之间形成有至少一条环形滚道和至少一条环槽，环形滚道内涂有润滑脂并放置若干滚珠，环槽内仅涂有润滑脂。本发明提供的试验装置能够还原滚动球接触副中润滑脂真实的贮存环境，包括与脂接触的滚珠的受力方式及大小、滚道结构、密封条件等，并且具有成本低，易拆卸等特点，从而对非工作条件下滚动球接触副中润滑脂贮存退化特性的研究提供便利。

下面以模拟滚珠丝杠副中润滑脂的贮存退化为一个实施例对本发明具体实施方式进行详细的说明，但本发明并不局限于此。

如图1至图3所示，本实施例提供的传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，包括壳体1、润滑脂贮存盘2和滚珠3；壳体1内部具有适于容置润滑脂贮存盘2的封闭腔体，润滑脂贮存盘2设置在壳体1的封闭腔体内，且润滑脂贮存盘2与壳体1之间形成有至少一条环形滚道4和至少一条环槽5，环形滚道4内涂有定量的润滑脂并放置若干滚珠3，环槽5内仅涂有定量的润滑脂。

上述实施例中，优选地，如图2至图4所示，壳体1包括呈镜像布置的上端盖10和下端盖10'，上端盖10和下端盖10'均包括盖体11和盖檐12，盖体11内部沿周向加工有半圆弧状的第一沟槽13；上端盖10和下端盖10'通过固定件6密封连接以将润滑脂贮存盘2和滚珠3封闭在内，用于为滚珠3提供滚道和辅助密封。

上述实施例中，优选地，如图5(a)、图5(b)和图6所示，润滑脂贮存盘2包括盘体21和盘檐22，盘檐22沿周向突出于盘体21的轴向中部，盘体21的轴向两端面均沿周向加工有两圈同心布置的半圆弧状第二沟槽23和第三沟槽24；盘体21上的第二沟槽23与上端盖10和下端盖10'内部的第一沟槽13相配合，构成单圆弧状的环形滚道4，环形滚道4的法向截面为两段错位分布圆弧；若干滚珠3放置于环形滚道4内且与环形滚道4相切，用于模拟滚动球接触副中的滚珠零件；盘体21上的第三沟槽24与上端盖10和下端盖10'之间形成环槽5，环槽5内仅涂抹润滑脂，用于模拟滚动球接触副中没有与滚珠接触的润滑脂贮存情形。

上述实施例中，优选地，上端盖10和下端盖10'内部的第一沟槽13及润滑脂贮存盘2上的第二沟槽23的法向截面直径取决于滚珠3的直径大小，切向截面中心圆直径取决于滚珠3的数量。

上述实施例中，优选地，在位于第二沟槽23处的盘体21上加工有若干个通孔25，该通孔25内涂抹润滑脂并放置有滚珠3，用于模拟滚动球接触副中可能不受载荷的滚珠环境。

上述实施例中，优选地，如图2、图3所示，在上端盖10和下端盖10'的盖檐12分别与润滑脂贮存盘2的盘檐22之间均设置有密封圈7，用于保证装置的密封性能。

上述实施例中，优选地，紧固件6包括螺栓61和螺母62，上端盖10和下端盖10'的盖檐12、润滑脂贮存盘2的盘檐22和密封圈7上均沿周向均匀分布若干同轴的固定通孔，螺栓61穿过各固定通孔后与螺母62配合实现各构件的连接和紧固，并通过对螺栓61施加预紧扭矩来对内部滚珠3施加预紧载荷。

上述实施例中，优选地，对螺栓61所施加的预紧扭矩大小取决于实际滚动球接触副预紧扭矩的大小，施加方式采用数显扭矩扳手拧紧螺母62，具体为：

当用此试验模拟滚珠丝杠副中滚珠受到预紧载荷时，螺栓61提供的预紧载荷F根据下式(1)计算：

其中，F_P是实际滚珠丝杠副施加的预紧力；α是滚珠丝杠副接触角；λ是螺旋升角。

根据螺栓61的预紧扭矩与预紧载荷的关系，对螺栓61施加的预紧扭矩T根据下式(2)计算：

T＝KFd (2)

其中，K是扭矩系数；d是螺纹公称直径。

上述实施例中，优选地，壳体1和润滑脂贮存盘2均采用9Cr18不锈钢制作而成，滚珠3采用高碳铬轴承钢制作而成。

基于上述实施例提供的传动机构中润滑脂贮存退化模拟试验装置，本发明还提供了一种传动机构中润滑脂贮存退化模拟试验方法，包括如下步骤：

步骤1：将润滑脂贮存盘2水平放置，在其上侧盘体21的第二沟槽23和第三沟槽24内侧及通孔25内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂。

步骤2：放置直径3.5mm的上侧滚珠3于第二沟槽23上，并按照第二沟槽23轨迹填满上侧滚珠3，由于润滑脂带有一定粘性，原则上保证滚珠3在第二沟槽23内无滚动趋势。

步骤3：将上侧密封圈7套置于润滑脂贮存盘2的盘檐22上檐。

步骤4：将上端盖10安装在润滑脂贮存盘2的上侧盘体21处，在上端盖10的第一沟槽13内侧涂抹润滑脂，并与上侧盘体21的第二沟槽23配合构成单圆弧状的环形滚道4，上端盖10的盖檐12与上侧密封圈7贴合，并保证上端盖10、上侧密封圈7和润滑脂贮存盘2上的固定通孔同轴。

步骤5：将上述结构倒置，使润滑脂贮存盘2的下侧盘体21朝上，在下侧盘体21的第二沟槽23和第三沟槽24内侧及通孔25内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂，并放置直径3.5mm的下侧滚珠3，操作同步骤2。

步骤6：在润滑脂贮存盘2的通孔25内放入直径3.5mm滚珠3，数量取决于通孔25的深度，原则上放入滚珠3的直径之和不得超过通孔25的深度。

步骤7：在润滑脂贮存盘2的盘檐22下檐套置下侧密封圈7，并安装下端盖10'于下侧盘体21，操作同步骤3和步骤4。

步骤8：将螺栓62穿过上、下端盖10和10'，上、下侧密封圈7及润滑脂贮存盘2上的固定通孔。

步骤9：通过数显扭矩扳手对螺母62施加预紧扭矩T，预紧扭矩T的大小由上述式(2)计算所得。

步骤10：控制润滑脂贮存条件变量，进行润滑脂贮存退化试验。

本发明实施例至少带来如下有益技术效果：

本发明实施例针对滚动球接触副不易拆卸、安装复杂等不利于接触副中润滑脂贮存退化状况研究的因素，提供了一种便捷的模拟手段，还原滚动球接触副中润滑脂真实的贮存环境，包括与脂接触的滚珠的受力方式及大小、滚道结构、密封条件等，从而对非工作条件下滚动球接触副中润滑脂退化失效的研究提供便利。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验装置，其特征在于，包括壳体、润滑脂贮存盘和滚珠；所述壳体内部具有适于容置所述润滑脂贮存盘的封闭腔体，所述润滑脂贮存盘设置在所述壳体的封闭腔体内，且所述润滑脂贮存盘与所述壳体之间形成有至少一条环形滚道和至少一条环槽，所述环形滚道内涂有润滑脂并放置若干所述滚珠，所述环槽内仅涂有润滑脂。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述壳体包括呈镜像布置的上端盖和下端盖，所述上端盖和下端盖均包括盖体和盖檐，所述盖体内部沿周向加工有半圆弧状的第一沟槽；所述上端盖和下端盖通过固定件密封连接以将所述润滑脂贮存盘和滚珠封闭在内。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述润滑脂贮存盘包括盘体和盘檐，所述盘檐沿周向突出于所述盘体的轴向中部，所述盘体的轴向两端面均沿周向加工有两圈同心布置的半圆弧状第二沟槽和第三沟槽；

所述盘体上的第二沟槽与所述上端盖和下端盖内部的第一沟槽相配合，构成单圆弧状的所述环形滚道，所述环形滚道的法向截面为两段错位分布圆弧；若干所述滚珠放置于所述环形滚道内且与所述环形滚道相切，用于模拟滚动球接触副中的滚珠零件；

所述盘体上的第三沟槽与所述上端盖和下端盖之间形成所述环槽，所述环槽内仅涂抹润滑脂，用于模拟滚动球接触副中没有与滚珠接触的润滑脂贮存情形。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述上端盖和下端盖内部的第一沟槽及所述润滑脂贮存盘上的第二沟槽的法向截面直径取决于所述滚珠的直径大小，切向截面中心圆直径取决于所述滚珠的数量。

5.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，在位于所述第二沟槽处的所述盘体上加工有若干个通孔，所述通孔内涂抹润滑脂并放置有所述滚珠，用于模拟滚动球接触副中可能不受载荷的滚珠环境。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，在所述上端盖和下端盖的盖檐分别与所述润滑脂贮存盘的盘檐之间均设置有密封圈。

7.根据权利要求6所述的试验装置，其特征在于，所述紧固件包括螺栓和螺母，所述上端盖和下端盖的盖檐、润滑脂贮存盘的盘檐和密封圈上均沿周向均匀分布若干同轴的固定通孔，所述螺栓穿过各所述固定通孔后与所述螺母配合实现各构件连接和紧固，并通过对所述螺栓施加预紧扭矩来对内部所述滚珠施加预紧载荷。

8.根据权利要求7所述的试验装置，其特征在于，对所述螺栓所施加的预紧扭矩大小取决于实际滚动球接触副预紧扭矩的大小，施加方式采用数显扭矩扳手拧紧所述螺母，具体为：

当用此试验模拟滚珠丝杠副中滚珠受到预紧载荷时，所述螺栓提供的预紧载荷F根据下式(1)计算：

其中，F_P是实际滚珠丝杠副施加的预紧力；α是滚珠丝杠副接触角；λ是螺旋升角。

根据所述螺栓的预紧扭矩与预紧载荷的关系，对所述螺栓施加的预紧扭矩T根据下式(2)计算：

T＝KFd (2)

其中，K是扭矩系数；d是螺纹公称直径。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的试验装置，其特征在于，所述壳体和润滑脂贮存盘均采用9Cr18不锈钢制作而成，所述滚珠采用高碳铬轴承钢制作而成。

10.一种传动机构中模拟润滑脂贮存退化的试验方法，基于如权利要求8所述的试验装置，其特征在于，该试验方法包括如下步骤：

步骤1：将润滑脂贮存盘水平放置，在其上侧盘体的第二沟槽和第三沟槽内侧及通孔内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂；

步骤2：放置上侧滚珠于第二沟槽上，并按照第二沟槽轨迹填满上侧滚珠；

步骤3：将上侧密封圈套置于润滑脂贮存盘的盘檐上檐；

步骤4：将上端盖安装在润滑脂贮存盘的上侧盘体处，在上端盖的第一沟槽内侧涂抹润滑脂，并与上侧盘体的第二沟槽配合构成单圆弧状的环形滚道；

步骤5：将上述结构倒置，使润滑脂贮存盘的下侧盘体朝上，在下侧盘体的第二沟槽和第三沟槽内侧及通孔内壁上涂抹待研究贮存退化性质的润滑脂，并放置下侧滚珠，操作同步骤2；

步骤6：在润滑脂贮存盘的通孔内放入滚珠；

步骤7：在润滑脂贮存盘的盘檐下檐套置下侧密封圈，并安装下端盖于下侧盘体，操作同步骤3和步骤4；

步骤8：利用紧固件实现上述各构件的连接和紧固；

步骤9：通过数显扭矩扳手对紧固件施加预紧扭矩T，预紧扭矩T的大小由上述式(2)计算所得；

步骤10：控制润滑脂贮存条件变量，进行润滑脂贮存退化试验。

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